Bombas de calor para melhoria da eficiência energética: desafios e oportunidades

Mais de metade do consumo de energia dos edifícios pode ser reduzido através de medidas de eficiência energética. As bombas de calor apresentam-se como uma solução eficaz, graças à sua capacidade de transferir energia térmica do ar, do solo ou da água para aquecer e arrefecer edifícios de forma altamente eficiente, bem como para o aquecimento de águas quentes sanitárias (AQS).

Este processo de transferência de calor, baseado num ciclo termodinâmico, pode ser reversível em certos sistemas. Ou seja, a bomba de calor não só é capaz de extrair calor de um espaço interno e dissipá-lo externamente, como também pode captar calor de um ambiente exterior (mesmo em temperaturas muito baixas) e transferi-lo para o interior, por exemplo para aquecer o ar de uma sala ou a água num recipiente.

Este desempenho é significativamente superior ao dos sistemas de aquecimento por efeito Joule, como os termoacumuladores elétricos ou os radiadores convencionais, onde 1 kWh de energia elétrica é convertido diretamente em apenas 1 kWh de energia térmica (excluindo perdas). Assim, as bombas de calor são uma solução muito mais eficiente, contribuindo para uma redução significativa no consumo de energia.

Os sistemas de ar condicionado residenciais (tecnicamente chamados split e multi-split) são amplamente conhecidos e utilizados em Portugal. Apresentam custos de instalação e manutenção mais acessíveis, sendo uma solução eficaz para a eletrificação e no contexto do combate à pobreza energética. No entanto, apesar da sua popularidade, estes sistemas estão limitados à climatização de espaços, não fornecendo água quente sanitária, o que limita o seu papel em soluções energéticas mais completas.

Por outro lado, os sistemas ar-água têm registado uma popularidade crescente nos últimos anos, uma vez que oferecem uma solução mais versátil ao fornecerem água quente sanitária. A crescente importância e o potencial destes sistemas justificam o seu destaque no resto do artigo.

Bombas de Calor de AQS

O mercado tem-se adaptado ao design destas bombas, oferecendo soluções cada vez mais compactas, silenciosas e diversificadas, permitindo que sejam instaladas numa maior variedade de espaços. A Figura 1 ilustra as configurações mais comuns dessas bombas de calor.

Além de serem utilizadas para o aquecimento de AQS, já existem diversos equipamentos disponíveis no mercado que permitem a ligação direta a sistemas solares térmicos, ou mesmo a painéis solares fotovoltaicos, podendo, neste caso, serem utilizadas para armazenar, na forma de calor, os excessos de produção de energia, otimizando assim o uso de energia renovável e aumentando a eficiência do sistema energético da habitação.

Bombas de Calor Aerotérmicas

As bombas de calor aerotérmicas podem ser utilizadas para AQS ou climatização (frio e calor). A Figura 2 mostra os principais componentes de um sistema deste tipo.

Existem também diversas configurações entre as unidades interiores e exteriores deste tipo de bombas de calor, mas, ao contrário das bombas de calor de AQS, é sempre necessária uma unidade exterior, pois a troca de energia requerida é significativamente superior. Existem outros equipamentos que não estão representados na figura, como é o caso do depósito de inércia e dos vasos de expansão, que apresentam um papel crucial no desempenho energético e segurança do sistema, mas carecem de um espaço adicional na área de instalação.

Assim como nas bombas de calor de AQS, muitos modelos de bombas de calor aerotérmicas já estão preparados para operar em conjunto com sistemas externos, incluindo coletores solares térmicos, painéis solares fotovoltaicos, sistemas de gestão de energia e até sistemas de aquecimento existentes, como caldeiras a gás.

No que diz respeito à climatização, muitos edifícios existentes utilizam caldeiras a combustíveis fósseis (gás natural, gás propano ou gasóleo) que fazem distribuição do calor através dos radiadores murais espalhados pela casa, que estão dimensionados para operar a altas temperaturas. Existem no mercado bombas de calor que conseguem funcionar a temperaturas mais altas (conhecidas como bombas de calor de alta temperatura), suficiente para garantir o conforto usando os mesmos radiadores. No entanto, perdem muita eficiência comparando com sistemas de distribuição de temperatura que exigem menos temperatura de impulsão (como é o caso do piso radiante). Por outro lado, as casas com estes sistemas instalados não têm geralmente sistemas preparados para receber o circuito de arrefecimento no verão, limitando a versatilidade e a eficácia das soluções de climatização.

Além disso, algumas habitações, principalmente as mais antigas, não estão equipadas para suportar a carga elétrica adicional exigida pelas bombas de calor, que frequentemente necessitam de mais potência para funcionar de forma eficaz. Essa limitação não se deve apenas à capacidade dos circuitos elétricos, mas também à falta de dispositivos de proteção adequados, como disjuntores dimensionados corretamente e sistemas de aterramento adequados, que garantem a segurança do sistema elétrico e o funcionamento adequado dos equipamentos.

Outro desafio que se observa é a falta de espaço adequado para alojar os equipamentos, que por si só já têm componentes de grandes dimensões, e ainda requerem ventilação apropriada. Em áreas urbanas densamente povoadas e em apartamentos, as limitações espaciais podem ser impeditivas da implementação dessas tecnologias.

Outra barreira significativa são os custos do equipamento e sua instalação. Embora as bombas de calor proporcionem economias de energia a longo prazo, os custos iniciais podem afastar potenciais utilizadores, alcançando facilmente valores na ordem dos milhares de euros, dependendo das necessidades específicas da habitação.

Por último, a falta de conhecimento sobre as vantagens das bombas de calor, aliada à escassez de mão de obra qualificada para a sua instalação e manutenção, dificulta a adoção desta tecnologia, levando muitos consumidores a optar por soluções tradicionais que consideram mais eficientes, mas que, na verdade, podem não ser.

Sistemas híbridos, que combinam bombas de calor com caldeiras tradicionais, podem oferecer flexibilidade, permitindo o uso da tecnologia existente e a escolha da opção mais adequada em função das condições climáticas. A integração de bombas de calor com painéis fotovoltaicos reduz a dependência de fontes de energia externas, aproveitando a energia solar tanto para alimentar as bombas quanto para armazenar, termicamente, os excessos de produção, melhorando ainda mais a eficiência energética global da habitação.

Os sistemas de gestão de energia são outra ferramenta para maximizar a eficiência dos sistemas de climatização. A instalação de tecnologia de gestão de energia permite monitorar e otimizar o consumo de eletricidade. Sistemas inteligentes podem programar a operação das bombas de calor durante horários de tarifa elétrica reduzida, ou ajustar automaticamente os sistemas com base em previsões meteorológicas. Alguns fabricantes de bombas de calor já oferecem estas funcionalidades integradas nos seus equipamentos.

A implementação de sistemas centralizados a nível de condomínios ou comunidades de energia pode oferecer soluções eficazes, distribuindo a água quente e/ou fria por toda a comunidade através de redes internas, reduzindo assim o custo inicial por habitação.

A educação energética desempenha um papel fundamental na promoção da aceitação e implementação de bombas de calor. Campanhas de sensibilização e programas de formação podem ajudar a informar os consumidores sobre os benefícios destas tecnologias, desmistificando conceitos errados e fornecendo orientações claras sobre a escolha e instalação adequada. Além disso, investir na formação de profissionais qualificados é crucial para garantir uma transição eficaz, já que as bombas de calor são sistemas complexos que exigem múltiplas competências técnicas.

Finalmente, a colaboração entre governos, empresas e comunidades pode facilitar a adoção de soluções de climatização mais sustentáveis. Políticas que incentivam o investimento em tecnologias de energia renovável e renovação do parque habitacional podem ajudar a aliviar os custos iniciais e estimular a adoção em massa de bombas de calor, contribuindo para um futuro energético mais sustentável.